JP2008215839A - 溶接品質判定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】溶接品質の良否の判定結果を定量的に、かつ自動的に取得でき、また種々の溶接品質の良否判定、特に浅い穴開き発生やワーク板部厚の減少も判定可能とする。
【解決手段】光切断法により溶接部及びその周辺部の表面座標を取得して溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、上記表面座標をデジタルデータで取得し(201)、取得された表面座標データ群から溶接部及びその周辺部の表面形状を近似するポリラインを作成する(202)。このポリラインに係る座標等の数値に基づき溶接部及びその周辺部をなす板部を各々抽出すると共に(203、206)、それらの各部を表す数値に基づき各種演算を行い(204、207、208,211〜213)、その結果から溶接品質を判定するようにした。溶接部及びその周辺部の表面座標を表すデジタルデータに基づき、各種演算を行って溶接品質の良否判定を行うことで、多種多様かつ高精細の溶接品質の判定を可能とした。
【選択図】図2

Description

本発明は、アーク溶接等の溶接部及びその周辺部にシート状光(スリット光)を照射し、その反射光による光切断画像を得て溶接品質を判定する溶接品質判定方法に関するものである。
従来、この種の技術としては特許文献1に記載の方法があった。
これは、溶接部分に対してスリット光を照射し、その反射光による光切断画像から線画を得、この線画のつくる面積、線画の屈曲点の位置、線画の屈曲点間の線分の長さ、線画の連続性等から溶接品質の良否を判断するものである。
特開平6−94640号公報
しかしながら上記従来技術では、光切断画像(線画)により溶接品質の良否を判断するものではあるが、その結果を定量的に取得できるものではなく、また、自動的に取得できるものではなかった。
更に、溶接部とワーク板部との境界が滑らかである場合には屈曲点の検出ができなくなり、屈曲点に基づく溶接品質の良否判定ができず、また浅い穴開きの検出が困難であった。加えて、溶接の結果、ワーク板部の板厚の減少が発生した場合(減肉発生時)に、その判定は著しく困難であった。
本発明の課題は、溶接品質の良否の判定の結果を定量的に、かつ自動的に取得できる溶接品質判定方法を提供することにある。
また本発明の課題は、溶接部とワーク板部との境界が滑らかである場合でも種々の溶接品質の良否判定ができ、また浅い穴開きの発生も判定でき、更に、ワーク板部の板厚の減少(減肉発生)を判定することもできる溶接品質判定方法を提供することにある。
上記課題は、溶接品質判定方法を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、1つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
以下の各項のうち、(1)項が請求項1に、(2)項が請求項2に、(3)項が請求項3に、(4)項が請求項4に、各々対応する。
(1)溶接部及びその周辺部の表面座標を光切断法により複数取得し、溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、前記表面座標をデジタルデータで取得し、取得された表面座標データ群を演算処理して溶接品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
溶接品質の良否の判定は、デジタルデータに基づき実行され、その結果は定量的、自動的に取得可能である。
(2)溶接部及びその周辺部の表面座標を光切断法により複数取得し、溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、前記表面座標をデジタルデータで取得し、取得された表面座標データ群から、前記溶接部及びその周辺部の表面形状を近似するポリラインを作成し、作成されたポリラインに基づき演算を行って溶接品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
(3)光切断法により溶接部及びその周辺部の表面座標を複数取得し、溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、前記表面座標をデジタルデータで取得し、取得された表面座標データ群から、前記溶接部及びその周辺部の表面形状を近似するポリラインを作成し、作成されたポリラインに基づき前記溶接部及びその周辺部をなすワーク板部を各々抽出すると共にそれらの各部を表す数値を用いた演算の結果から溶接品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
各部を表す数値には、例えば、ワーク板部の抽出計算値、溶接部の抽出計算値、溶接部及びその周辺部の各長さ、溶接部内のポリラインを形成する線分の折れ角度、ワーク板部延長直線と溶接部のポリラインを表す数値等がある。
(4)前記判定は良否の判定であり、不良と判定する場合には、前記溶接部及び/又はその周辺部をなすワーク板部を表す数値に基づきその不良の種類を判定することを特徴とする(3)項に記載の溶接品質判定方法。
不良の種類には、溶け落ち、未溶接、穴開き、溶接幅不足、板厚減少、溶接位置ずれ等の部位の発生が挙げられる。
本発明によれば、溶接品質の良否の判定の結果を定量的に、かつ自動的に取得できる溶接品質判定方法を提供できる。
また本発明によれば、溶接部とワーク板部との境界が滑らかである場合でも種々の溶接品質の良否判定ができ、また浅い穴開きの発生も判定でき、更に、ワーク板部の板厚の減少(減肉発生)を判定することもできる溶接品質判定方法を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図1は、本発明による溶接品質判定方法の実施に用いられる光切断法の説明図である。
この図において、1及び2は被溶接物であるワークであって、1a及び2aはワーク1,2の溶接される板部(ワーク板部)である。3は溶接部、ここではアーク溶接によるビード部である。
本実施形態においては、溶接品質判定方法の実施において、溶接部3及びその周辺部(溶接部3を挟む一対の板部1a,2aの溶接部3側部分)の縦断面の稜線の座標(以下、溶接部3及びその周辺部の表面座標、あるいは表面座標と記す。)の取得に光切断法を用いている。
ここで光切断法は、三角形状ないし扇状に広がる、シート状光、スリット光等と称される極薄い扁平の光を光源から被測定物に照射し、その反射光を光センサで受けて、上記光源の位置、光の投射角度、光センサの位置等から三角測量の原理により求められる光源−被測定物間の距離に基づき、その被測定物の表面座標を非接触で測定する場合等に用いられる手法である。
図示例においては、光源11からのシート状光12が溶接部3及びその周辺部に照射され、その反射光13を、光センサを備えたCCDカメラ14で撮影し、その出力を演算処理装置15に与える。そして、この演算処理装置15がデジタルデータ化された多数の表面座標のデータ(表面座標データ群)に対して以下の処理を行い、所期の目的を達成する。つまり、溶接品質の良否の判定の結果を定量的に、かつ自動的に取得する。
取得された判定結果は、出力装置に出力、ここではディスプレイ装置16に表示される。これに加えて、あるいはこれに代えて、判定結果をプリンタで印字、出力してもよい。
なお、上記表面座標のデジタルデータ化は、演算処理装置15に前置するA/D変換器で行ってもよく、また演算処理装置15内にA/D変換器を設け、このA/D変換器で行ってもよい。あるいは、CCDカメラ14内にA/D変換器を設け、このA/D変換器で行ってもよい。
図2及び図3は、各々本発明方法による溶接品質判定処理手順の一例を示すフローチャートであり、図2に示すフローチャートと図3に示すフローチャートとは、接続端子α部分でつながる。
フローチャート中の演算(加減乗除等の算術演算や大小判断等の論理演算)や処理は、図1に示す演算処理装置15が行う。
図2に示すように、ステップ201では、溶接部3及びその周辺部である板部1a,2aの一部分の表面座標(縦断面:光切断面の稜線座標)を取得する。図4は、取得された表面座標群の一例を模式的に示す図である。この図4において、黒く塗りつぶされた小さな四角形が取得された個々の表面座標を表す。
なお、表面座標は3次元座標で取得してもよく、また、上記縦断面(光切断面)を2次元平面とする2次元座標で取得してもよい。溶接品質の判定は、通常、溶接部3つまりビード部の延出方向に沿って適宜間隔で多数箇所行われるので、その延出方向の位置も取得しておく必要から、ここでは3次元座標で取得している。いずれにしても、表面座標はデジタルデータで取得されるもので、以下、座標を座標データともいう。
次ステップ202では、ステップ201で取得された表面座標データ群から、溶接部3及びその周辺部の表面形状(稜線形状)を近似するポリラインPLを作成(表面座標データ群をポリライン化)する。
ここでは、図4中において隣接する一対の表面座標を結んで得られる線分同士を各々結んでポリラインPLを作成する。図5は、このステップ202により作成されたポリラインPLを示す。
なお、上記線分を形成する表面座標の間隔(光切断法による表面座標の測定間隔)が短いほど、精度の高い溶接品質の判定、特に後述する浅い穴開きの有無等の判定が行える。
ステップ203では、上記ポリラインPLから板部1a,2a(詳しくは板部1a,2aに相当する線分部分。以下同じ。)を抽出する。
ここでは、180°から、ポリラインPL上の隣接する一対の線分がなす角度(折れ角度)を引き算して得られる角度が許容値d1以下である場合に、その線分は板部1a,2aに含まれると規定し、許容値d1以下である線分が連続する部分を板部(1a又は2a)と規定している。
許容値d1としては、例えば10°が選択される。つまり、隣接する一対の線分がなす角度が170°以上であれば、その線分は板部1a,2aに含まれると規定している。
図6は、このステップ203により板部1a,2aが抽出されたポリラインPLを示す。
ステップ204では、ステップ203による板部の抽出が2箇所未満か否かが判定される。判定結果がY(=Yes。以下同様。)であれば、溶け落ち不良を発見した旨をディスプレイ装置16に表示させ(ステップ205)、溶接品質判定処理を終了する。判定結果がN(=No。以下同様。)であれば、処理をステップ206に移す。
溶接が正常であれば、板部はポリラインPLの両端側に一対、つまり2箇所、必ず抽出される。板部が2箇所未満、つまり1箇所又は0箇所であれば、本来あるべき他方又は両方の板部が溶接時の熱で欠損するという、溶け落ち不良があると判定できる。本ステップ204はこの判定を行い、溶け落ち不良がなければ(判定結果がNであれば)、次の項目についての溶接品質判定処理を実行する。
図7は、溶け落ち不良があって、抽出された板部が1箇所(板部1a)のみである場合のポリラインPLを示す。また、図8に溶け落ち不良がある箇所(溶け落ち発生部)21を例示する。
ステップ206では、上記ポリラインPLから溶接部3(詳しくは溶接部3に相当する線分部分。以下同じ。)を抽出する。ポリラインPLから板部1a,2aを除いた部分(残存部分)を溶接部位3として抽出する。図9は、このステップ206により溶接部3が抽出されたポリラインPLを示す。
ステップ207では、ステップ206により溶接部3が抽出されなかったか否かが判定される。判定結果がY、つまり溶接部3が抽出されなかった(溶接部3がない)場合には、未溶接部位を発見した旨をディスプレイ装置16に表示させ(ステップ209)、溶接品質判定処理を終了する。判定結果がNであれば、処理をステップ208に移す。
図10は、未溶接が生じて溶接部3が抽出されなかった場合のポリラインPLを示す。また、図11に未溶接部位がある箇所(未溶接発生部)22を例示する。
ステップ208では、ステップ206による溶接部(溶接部と見え得る部分)の抽出が2箇所以上あるか否かが判定される。判定結果がYであれば、深い穴開きを発見した旨をディスプレイ装置16に表示させ(ステップ210)、溶接品質判定処理を終了する。判定結果がNであれば、処理をステップ211に移す。
溶接が正常であれば、溶接部はポリラインPLのほぼ中央部に1箇所抽出される。溶接部と見え得る部分(板部ではない箇所)が2箇所以上ある場合、つまり溶接部3が複数箇所に分断されている場合には、それら相互間に深い穴開きがあると判定できる。本ステップ208はこの判定を行い、深い穴開きがなければ(判定結果がNであれば)、処理をステップ211に移す。
図12は、深い穴開きがあって、溶接部と見え得る部分が2箇所ある場合のポリラインPLを示す。また、図13に深い穴開きがある箇所(深い穴開き発生部)23を例示する。
ステップ211では、溶接部3の端部(以下、溶接端部とも記す。)を抽出する。溶接部端部は、板部1a,2aの溶接部3側の端部でもあり、ポリラインPLから抽出される。
次ステップ212では、溶接幅と溶接中心法線を算出する。ステップ211で抽出された溶接部3の一端部から他端部までの最短距離(直線の長さ)が溶接幅として算出される。溶接中心法線とは、溶接部3の各端部と溶接中心点(ここでは溶接部3のポリラインPLに沿った長さの中央位置)とを結んだ2つの線分がなす角を2等分する直線を指す。これらは、ポリラインPL上の各座標を用いて算出される。
図14は、溶接幅と溶接中心法線の説明図であり、(a)図はポリラインPL全体を示し、この(a)図中の破線アで囲む溶接部3の部分拡大図が(b)図である。この(b)図に示すように、溶接部3の一端部t1と他端部t2とを結ぶ直線の長さ(t1,t2間の最短距離)が溶接幅wとして算出される。溶接中心法線NLは、溶接端部t1,t2と溶接中心点P1とを結んだ2つの線分L1,L2がなす角を2等分して得られる。
ステップ212で溶接幅wと溶接中心法線NLが算出されると、次のステップ213では、上記溶接幅wが許容値w1以下か、つまり溶接幅不足が発生しているか否かが判定される。判定結果がYであれば、溶接幅不足を発見した旨をディスプレイ装置16に表示させ(ステップ214)、溶接品質判定処理を終了する。許容値w1は所望の接合強度に基づき適宜選定される。
図15は、溶接部3が許容値w1以下の溶接幅wである場合のポリラインPLを示す。また、図16に溶接幅不足がある箇所(幅不足発生部)24を例示する。
ステップ213における判定結果がNであれば、処理をステップ215(図3参照)に移す。なお、ステップ215以降の処理フローは図3に示す。
ステップ215では、溶接部3内のポリラインPLの折れ角度が不安定であるか否かが判定される。判定結果がYであれば、浅い穴開きを発見した旨をディスプレイ装置16に表示させ(ステップ216)、溶接品質判定処理を終了する。判定結果がNであれば、処理をステップ217に移す。
溶接部3内のポリラインPLの折れ角度が不安定か否かは、折れ角度のばらつき状態、例えば折れ角度変化の標準偏差から判定される。図17に例示する溶接部3内のポリラインPLの場合、折れ角度変化(b−a)と(c−b)の標準偏差から判定される。
上記折れ角度のばらつきが大きけれぱ、溶接部3にブローホール等の浅い穴開きがあると判定できる。本ステップ215はこの判定を行い、浅い穴開きがなければ(判定結果がNであれば)、処理をステップ217に移す。
図18は、浅い穴開きがある場合の溶接部3内のポリラインPLの一例を拡大して示す。また、図19に浅い穴開きがある箇所(浅い穴開き発生部)25を例示する。
ステップ217では、溶接部3内のポリラインPLと板部1a,2aの延長直線との間に交差が生じているか否かが判定される。判定結果がYであれば、板厚(板部の厚み)減少部位を発見した旨をディスプレイ装置16に表示させ(ステップ218)、溶接品質判定処理を終了する。判定結果がNであれば、処理をステップ219に移す。
図20は、板厚減少部位がない場合のポリラインPLを示し、図21は板厚減少部位がある場合のポリラインPLを示す。図21中の破線イで囲む領域内がポリラインPLと板部1a,2aの延長直線L3,L4とに交差が生じている箇所を示す。また、図22に板厚減少部位(減肉発生部)26を例示する。
ステップ219では、2つの板部1a,2aの延長直線L3,L4の交点(板部疑似交点)から、上記ステップ212で算出した溶接中心法線NLまでの最短距離(直線の長さ)を算出する。
図23は、上記板部疑似交点と溶接中心法線NLまでの最短距離L5の説明図であり、(a)図はポリラインPL全体を示し、この(a)図中の破線アで囲む溶接部3の部分拡大図が(b)図である。この(b)図において、P2が板部疑似交点、L5が板部疑似交点P2から溶接中心法線NLまでの最短距離を示す。
ステップ220では、ステップ219で算出された最短距離L5が許容値d2以下か、つまり溶接位置ずれが発生しているか否かが判定される。判定結果がYであれば、溶接位置ずれを発見した旨をディスプレイ装置16に表示させ(ステップ221)、溶接品質判定処理を終了する。許容値d2は、例えばテストピースを用いた溶接実験に基づき適宜選定される。図24に、溶接位置にずれがある箇所(位置ずれ発生部)27を例示する。
ステップ220における判定結果がNであれば、上述し、また図8、図11、図13、図16、図19、図22及び図24に例示した溶接品質不良の発生部が全くなく、品質良の溶接加工品(良品)である旨のメッセージをディスプレイ装置16に表示させ(ステップ222)、溶接品質判定処理を完了する。
以上述べたように本実施形態では、光切断法により溶接部3及びその周辺部(溶接部3を挟む一対の板部1a,2aの溶接部3側部分)の表面座標を複数取得して溶接品質(溶接部3及びその周辺部の溶接加工結果の質)を判定する溶接品質判定方法であって、表面座標をデジタルデータで取得し、取得された表面座標データ群から、溶接部3及びその周辺部の表面形状を近似するポリラインPLを作成する。
そして、このポリラインPL(基本的にはポリラインPLの形状を表す数値つまり座標)に基づき溶接部3及びその周辺部をなす板部1a,2aを各々抽出すると共にそれらの各部を表す数値に基づき各種演算を行い、その結果から溶接品質を判定するようにした。また、不良と判定する場合には、溶接部3及び/又はその周辺部をなす板部1a,2aを表す数値に基づきその不良の種類を判定するようにした。
したがって本実施形態によれば、溶接品質の良否の判定結果を定量的に、かつ自動的に取得できる。また、溶接部3と板部1a,2aとの境界が滑らかである場合でも種々の溶接品質の良否判定ができ、また浅い穴開きの発生も判定でき、更に、板部1a,2aの板厚の減少(減肉発生)を判定することもできる。
本発明に係る溶接品質判定方法は、生産ラインにおける溶接加工条件の決定の準備段階(溶接加工品の試作段階)に適用して、あるいは生産ラインにおける溶接不良発生の早期発見に適用して、大なる効果がある。
本発明による溶接品質判定方法の実施に用いられる光切断法の説明図である。 本発明方法による溶接品質判定処理手順の一例を示すフローチャート(その1)である。 同じく溶接品質判定処理手順の一例を示すフローチャート(その2)である。 図3中のステップ201で取得された表面座標群の一例を模式的に示す図である。 同上ステップ202により作成されたポリラインを示す図である。 同上ステップ203により板部が抽出されたポリラインを示す図である。 溶け落ち不良がある場合のポリラインを示す図である。 溶け落ち発生部を例示する図である。 図3中のステップ206により溶接部が抽出されたポリラインを示す図である。 未溶接部がある場合のポリラインを示す図である。 未溶接発生部を例示する図である。 深い穴開きがある場合のポリラインを示す図である。 深い穴開き発生部を例示する図である。 溶接幅と溶接中心法線の説明図である。 溶接部が許容値以下の溶接幅である場合のポリラインを示す図である。 幅不足発生部を例示する図である。 溶接部内のポリラインの折れ角度が不安定か否かの判定手法の説明図である。 浅い穴開きがある場合の溶接部内のポリラインの一例を拡大して示す図である。 浅い穴開き発生部を例示する図である。 板厚減少部位がない場合のポリラインを示す図である。 板厚減少部位がある場合のポリラインを示す図である。 板厚減少部位を例示する図である。 位置ずれ発生部の判定に用いられる板部疑似交点と溶接中心法線までの最短距離の説明図である。 位置ずれ発生部を例示する図である。
符号の説明
1,2:ワーク、1a,2a:板部(ワーク板部)、3:溶接部、11:光源、12:シート状光、13:反射光、14:CCDカメラ、15:演算処理装置、16:ディスプレイ装置、201:溶接部及びその周辺部の表面座標取得ステップ、202:ポリライン化ステップ、203:板部抽出ステップ、204:溶け落ち不良判定ステップ、206:溶接部抽出ステップ、207:未溶接部位判定ステップ、208:深い穴開き判定ステップ、213:溶接幅不足判定ステップ、215:浅い穴開き判定ステップ、217:板厚減少部位判定ステップ、220:溶接位置ずれ判定ステップ。

Claims (4)

  1. 溶接部及びその周辺部の表面座標を光切断法により複数取得し、溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、
    前記表面座標をデジタルデータで取得し、取得された表面座標データ群を演算処理して溶接品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
  2. 溶接部及びその周辺部の表面座標を光切断法により複数取得し、溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、
    前記表面座標をデジタルデータで取得し、取得された表面座標データ群から、前記溶接部及びその周辺部の表面形状を近似するポリラインを作成し、
    作成されたポリラインに基づき演算を行って溶接品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
  3. 光切断法により溶接部及びその周辺部の表面座標を複数取得し、溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、
    前記表面座標をデジタルデータで取得し、取得された表面座標データ群から、前記溶接部及びその周辺部の表面形状を近似するポリラインを作成し、
    作成されたポリラインに基づき前記溶接部及びその周辺部をなすワーク板部を各々抽出すると共にそれらの各部を表す数値を用いた演算の結果から溶接品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
  4. 前記判定は良否の判定であり、不良と判定する場合には、前記溶接部及び/又はその周辺部をなすワーク板部を表す数値に基づきその不良の種類を判定することを特徴とする請求項3に記載の溶接品質判定方法。
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